《电路频率响应精.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电路频率响应精.ppt(49页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第1页,本讲稿共49页l重点重点 1.1.网络函数网络函数2.2.串、并联谐振的概念串、并联谐振的概念返 回第2页,本讲稿共49页11-1 网络函数网络函数当当电电路路中中激激励励源源的的频频率率变变化化时时,电电路路中中的的感感抗抗、容容抗抗将将跟跟随随频频率率变变化化,从从而而导导致致电电路路的的工工作作状状态态亦亦跟跟随随频频率率变变化化。因此,分析研究电路和系统的频率特性就显得格外重要。因此,分析研究电路和系统的频率特性就显得格外重要。下 页上 页频率特性频率特性 电路和系统的工作状态跟随频率而变化的现象,称为电路和系统的工作状态跟随频率而变化的现象,称为电路和系统的频率特性,又称频率
2、响应。电路和系统的频率特性,又称频率响应。1.网络函数网络函数H(j)的定义的定义返 回第3页,本讲稿共49页 在线性正弦稳态网络中,当只有一个独立激励源作用在线性正弦稳态网络中,当只有一个独立激励源作用时,网络中某一处的响应(电压或电流)与网络输入之比,时,网络中某一处的响应(电压或电流)与网络输入之比,称为该响应的网络函数。称为该响应的网络函数。2.网络函数网络函数H(j)的物理意义的物理意义l驱动点函数驱动点函数下 页上 页返 回线性线性网络网络+-第4页,本讲稿共49页策动点阻抗策动点阻抗策动点导纳策动点导纳激励是电流源,响应是电压激励是电流源,响应是电压激励是电压源,响应是电流激励是
3、电压源,响应是电流l转移函数转移函数(传递函数传递函数)下 页上 页返 回线性线性网络网络+-线性线性网络网络+-第5页,本讲稿共49页转移转移导纳导纳转移转移阻抗阻抗 转移转移电压比电压比 转移转移电流比电流比激励是电压源激励是电压源激励是电流源激励是电流源下 页上 页返 回线性线性网络网络+-第6页,本讲稿共49页注意 H(j)与网络的结构、参数值有关,与输入、输出变量的与网络的结构、参数值有关,与输入、输出变量的类型以及端口对的相互位置有关,与输入、输出幅值无类型以及端口对的相互位置有关,与输入、输出幅值无关。因此网络函数是网络性质的一种体现。关。因此网络函数是网络性质的一种体现。H(j
4、)是一个复数,它的频率特性分为两个部分:是一个复数,它的频率特性分为两个部分:模与频率的关系 幅频特性幅频特性 幅角与频率的关系 相频特性相频特性 网络函数可以用相量法中任一分析求解方法获得。网络函数可以用相量法中任一分析求解方法获得。下 页上 页返 回第7页,本讲稿共49页例例1-1解解列网孔方程解电流 转移导纳 转移电压比 下 页上 页返 回2j+_+_j2求图示电路的网络函数和第8页,本讲稿共49页以网络函数中以网络函数中j的最高次方的次数定义网络函数的最高次方的次数定义网络函数的阶数。的阶数。注意 由网络函数能求得网络在任意正弦输入时的端由网络函数能求得网络在任意正弦输入时的端口正弦响
5、应,即有口正弦响应,即有下 页上 页返 回第9页,本讲稿共49页11-2 RLC串联电路的谐振串联电路的谐振谐谐振振是是正正弦弦电电路路在在特特定定条条件件下下产产生生的的一一种种特特殊殊物物理理现现象象。谐谐振振现现象象在在无无线线电电和和电电工工技技术术中中得得到到广广泛泛应应用,研究电路中的谐振现象有重要实际意义。用,研究电路中的谐振现象有重要实际意义。含含R、L、C的的一一端端口口电电路路,在在特特定定条条件件下下出出现现端端口口电电压压、电流同相位的现象时,称电路发生了谐振。电流同相位的现象时,称电路发生了谐振。1.1.谐振的定义谐振的定义发生谐振下 页上 页返 回RLC电路+-第1
6、0页,本讲稿共49页2.串联谐振的条件串联谐振的条件谐振角频率谐振角频率谐振频率谐振频率谐振条件仅与电路参数有关下 页上 页返 回RjL+_第11页,本讲稿共49页串联电路实现谐振的方式:串联电路实现谐振的方式:(1)L C 不变,改变不变,改变(2)电源频率不变,改变电源频率不变,改变 L 或或 C(常改变常改变C)0 0由电路参数决定,一个由电路参数决定,一个R L C串联电路只有一个对串联电路只有一个对应的应的0 ,当外加电源频率等于谐振频率时,电路发生谐当外加电源频率等于谐振频率时,电路发生谐振。振。3.3.RLC串联电路谐振时的特点串联电路谐振时的特点阻抗的频率特性阻抗的频率特性下
7、页上 页返 回第12页,本讲稿共49页幅频特性相频特性X()|Z()|XL()XC()R 0 Z()OZ(j)频响曲线()0 O/2/2下 页上 页返 回第13页,本讲稿共49页Z(j)频响曲线表明阻抗特性可分三个区域描述:频响曲线表明阻抗特性可分三个区域描述:容性区感性区电阻性输入阻抗为纯电阻,即输入阻抗为纯电阻,即Z=R,阻抗值,阻抗值|Z|最小。最小。电流电流I 和电阻电压和电阻电压UR达到最大值达到最大值 I0=U/R (U一定一定)。下 页上 页返 回第14页,本讲稿共49页+_RjL+_(2)L、C上上的的电电压压大大小小相相等等,相相位位相相反反,串串联联总总电电压压为零,也称电
8、压谐振,即为零,也称电压谐振,即下 页上 页返 回第15页,本讲稿共49页特性阻抗品质因数当当 0L=1/(0C)R 时时,Q1 UL=UC=QU U(3)谐振时出现过电压谐振时出现过电压下 页上 页返 回第16页,本讲稿共49页例例2-1某收音机输入回路某收音机输入回路 L=0.3mH,R=10,为收到中,为收到中央电台央电台560kHz信号,求:信号,求:(1)调谐电容调谐电容C值;值;(2)如输入电压为如输入电压为1.5V,求谐振电流和此时的电容求谐振电流和此时的电容电压。电压。解解下 页上 页返 回或或+_LCRuI0第17页,本讲稿共49页(4)谐振时的功率谐振时的功率 P=UIco
9、sUIRI02=U2/R电源向电路输送电阻消耗的功率,电阻功率达最大。电源向电路输送电阻消耗的功率,电阻功率达最大。电电源源不不向向电电路路输输送送无无功功功功率率。电电感感中中的的无无功功功功率率与与电电容容中中的的无无功功功功率率大大小小相相等等,互互相相补补偿偿,彼彼此此进进行行能能量交换。量交换。注意 下 页上 页返 回+_PQLCR第18页,本讲稿共49页(5)谐振时的能量关系谐振时的能量关系设设则则电场能量电场能量磁场能量磁场能量电感和电容能量按正弦规律变化,最大值相等电感和电容能量按正弦规律变化,最大值相等 WLm=WCm。L、C的电场能量和磁场能量作周期振荡性的电场能量和磁场能
10、量作周期振荡性的交换,而不与电源进行能量交换。的交换,而不与电源进行能量交换。表明 下 页上 页返 回第19页,本讲稿共49页总能量是不随时间变化的常量,且等于最大值。总能量是不随时间变化的常量,且等于最大值。电感、电容储能的总值与品质因数的关系:电感、电容储能的总值与品质因数的关系:Q是是反反映映谐谐振振回回路路中中电电磁磁振振荡荡程程度度的的量量,Q越越大大,总总能能量量就就越越大大,维维持持振振荡荡所所消消耗耗的的能能量量愈愈小小,振振荡荡程程度度越越剧剧烈烈。则则振振荡荡电电路路的的“品品质质”愈愈好好。一一般般在在要要求求发发生生谐谐振振的的回路中希望尽可能提高回路中希望尽可能提高Q
11、值。值。下 页上 页返 回谐振时电路中电磁场的总储能谐振时一周期内电路消耗的能量第20页,本讲稿共49页例例2-2 一接收器的电路参数为一接收器的电路参数为:=5103 rad/s,U=10V,调调C使电路中的电流最大,使电路中的电流最大,Imax=200mA,测得电容电压为,测得电容电压为600V,求,求R、L、C及及Q。解解 下 页上 页返 回+_LCRuV第21页,本讲稿共49页11-3 RLC串联电路的频率响应串联电路的频率响应 研究物理量与频率关系的图形(谐振曲线)可研究物理量与频率关系的图形(谐振曲线)可以加深对谐振现象的认识。以加深对谐振现象的认识。的频率响应为比较不同谐振回路,
12、令为比较不同谐振回路,令下 页上 页返 回第22页,本讲稿共49页幅频特性幅频特性相频特性相频特性Q=10Q=1Q=0.51O下 页上 页返 回第23页,本讲稿共49页在在谐谐振振点点响响应应出出现现峰峰值值,当当 偏偏离离0时时,输输出出下下降降。即即串串联联谐谐振振电电路路对对不不同同频频率率信信号号有有不不同同的的响响应应,对对谐谐振振信信号号最最突突出出(响响应应最最大大),而而对对远远离离谐谐振振频频率率的的信信号号具具有有抑抑制制能能力力。这这种种对对不不同同输输入入信信号号的的选选择择能力称为能力称为“选择性选择性”。谐振电路具有选择性谐振电路具有选择性 表明 谐振电路的选择性与
13、谐振电路的选择性与Q成正比成正比 Q越越大大,谐谐振振曲曲线线越越陡陡,电电路路对对非非谐谐振振频频率率的的信信号号具具有有越越强强的的抑抑制制能能力力,所所以以选选择择性性越越好好。因因此此Q是是反反映谐振电路性质的一个重要指标。映谐振电路性质的一个重要指标。下 页上 页返 回第24页,本讲稿共49页谐振电路的有效工作频段谐振电路的有效工作频段 半功率点半功率点声学研究表明,如信号功率不低于原有最声学研究表明,如信号功率不低于原有最大值一半,人的听觉辨别不出。大值一半,人的听觉辨别不出。1210.707Q=10Q=1Q=0.5O半功率点下 页上 页返 回第25页,本讲稿共49页 通频带规定了
14、谐振电路允许通过信号的频率范通频带规定了谐振电路允许通过信号的频率范围。是比较和设计谐振电路的指标。围。是比较和设计谐振电路的指标。通频带通频带可以证明:可以证明:HdB=20lgUR(j)/Us(j1)20lg0.707=3 dB定义:定义:3分贝频率分贝频率下 页上 页返 回第26页,本讲稿共49页例例3-1 讨论一接收器的输出电压讨论一接收器的输出电压UR,参数为参数为 U1=U2=U3=10V,当电容调至当电容调至 C=150pF时谐振。时谐振。0=5.5106rad/s,f0=820 kHzf(kHz)北京台中央台北京经济台 L8206401026X-12901660-10340 6
15、60577129010001611UR0=10UR1=0.304UR2=0.346UR=UR/|Z|下 页上 页返 回+_+_+LCRu1u2u3_ L=250H,R=20,解解第27页,本讲稿共49页UR0=10UR1=0.304UR2=0.346UR=UR/|Z|(A)收到北京台收到北京台820kHz的节目。的节目。8206401 200UR(f)f/kHzO下 页上 页返 回第28页,本讲稿共49页 以以UL()与与UC()为输出的为输出的H()频率特性频率特性下 页上 页返 回第29页,本讲稿共49页HL()与HC()的极值点:令下 页上 页返 回第30页,本讲稿共49页1C2L2OU
16、L/UUC/U1UL/UUC/U =C2,UC()获最大值;获最大值;=L2,UL()获最大值。且获最大值。且UC(C2)=UL(L2)。Q越高越高,L2和和C2 越靠近越靠近=1,同时同时峰值增高。峰值增高。注意 为低通函数,为高通函数;下 页上 页返 回第31页,本讲稿共49页1.1.GCL 并联电路并联电路11-4 RLC并联谐振电路并联谐振电路谐振角频率谐振角频率|Y|0oG谐振特点:谐振特点:输入导纳为纯电导,导纳值输入导纳为纯电导,导纳值|Y|最小,最小,端电压达最大端电压达最大。下 页上 页返 回+_GCL第32页,本讲稿共49页 0 OU()Is/G L、C上上的的电电流流大大
17、小小相相等等,相相位位相相反反,并并联联总总电电流流为零,也称电流谐振,即为零,也称电流谐振,即IL(0)=IC(0)=QIs 下 页上 页返 回+_GCL第33页,本讲稿共49页谐振时的功率谐振时的功率谐振时的能量谐振时的能量品质因数品质因数下 页上 页返 回第34页,本讲稿共49页2.2.电感线圈与电容器的并联谐振电感线圈与电容器的并联谐振 实际的电感线圈总是存在电阻,因此当电感线圈与电实际的电感线圈总是存在电阻,因此当电感线圈与电容器并联时,电路如图所示。容器并联时,电路如图所示。(1 1)谐振条件)谐振条件下 页上 页返 回CLR第35页,本讲稿共49页电路发生谐振是有条件的,电路发生
18、谐振是有条件的,在电路参数在电路参数一定时,满足一定时,满足注意 一般线圈电阻一般线圈电阻RL,则等效导纳为,则等效导纳为谐振角频率下 页上 页返 回第36页,本讲稿共49页等效电路品质因数线圈的品质因数(2 2)谐振特点)谐振特点电路发生谐振时,输入阻抗很大。电路发生谐振时,输入阻抗很大。下 页上 页返 回CLGe第37页,本讲稿共49页电流一定时,端电压较高。电流一定时,端电压较高。支路电流是总电流的支路电流是总电流的Q倍,设倍,设RL下 页上 页返 回第38页,本讲稿共49页例例4-1如图如图R=10 的线圈其的线圈其QL=100,与电容接成并联谐振,与电容接成并联谐振电路,如再并联上一
19、个电路,如再并联上一个100k的电阻,求电路的的电阻,求电路的Q。解解 等效电路下 页上 页返 回CLR100kReCL100k第39页,本讲稿共49页11-5 波特图波特图 对电路和系统的频率特性进行分析时,为了直观地对电路和系统的频率特性进行分析时,为了直观地观察频率特性随频率变化的趋势和特征,工程上常采用观察频率特性随频率变化的趋势和特征,工程上常采用对数坐标来作频响曲线,这种用对数坐标描绘的频率响对数坐标来作频响曲线,这种用对数坐标描绘的频率响应图就称为频响波特图。应图就称为频响波特图。改写网络函数为改写网络函数为画出网络函数的波特图。画出网络函数的波特图。例例 解解 下 页上 页返
20、回第40页,本讲稿共49页因此对数模(单位分贝)因此对数模(单位分贝)幅频波特图幅频波特图 下 页上 页返 回O第41页,本讲稿共49页相位(单位度)相位(单位度)相频波特图相频波特图 下 页上 页返 回O第42页,本讲稿共49页11-6 滤波器简介滤波器简介l 滤波器滤波器 工程上根据输出端口对信号频率范围的要求,设计专门工程上根据输出端口对信号频率范围的要求,设计专门的网络,置于输入的网络,置于输入-输出端口之间,使输出端口所需要的频率输出端口之间,使输出端口所需要的频率分量能够顺利通过,而抑制或削弱不需要的频率分量,这种具分量能够顺利通过,而抑制或削弱不需要的频率分量,这种具有选频功能的
21、中间网络,工程上称为滤波器。有选频功能的中间网络,工程上称为滤波器。l 有源滤波器有源滤波器下 页上 页 利利用用有有源源元元件件运运算算放放大大器器构构成成的的滤滤波波器器称称为为有有源源滤波器。滤波器。返 回第43页,本讲稿共49页l 滤波电路的传递函数定义滤波电路的传递函数定义滤波电路UiUol 滤波电路分类滤波电路分类按所处理信号分按所处理信号分模拟和数字滤波器模拟和数字滤波器按所用元件分按所用元件分无源和有源滤波器无源和有源滤波器按滤波特性分按滤波特性分高通滤波器(高通滤波器(HPF)低通滤波器(低通滤波器(LPF)带通滤波器(带通滤波器(BPF)带阻滤波器(带阻滤波器(BEF)全通滤波器(全通滤波器(APF)下 页上 页返 回第44页,本讲稿共49页O1低通O1高通O1带通2O1带阻2下 页上 页返 回第45页,本讲稿共49页低通滤波器的单元电路L形T形形形下 页上 页返 回第46页,本讲稿共49页高通滤波器的单元电路形形L形T形下 页上 页返 回第47页,本讲稿共49页带通滤波器下 页上 页返 回第48页,本讲稿共49页高通传递函数,设传递函数,设例例6-1一阶一阶RC无源低通滤波器。无源低通滤波器。低通下 页上 页返 回第49页,本讲稿共49页
限制150内